67979 Scan011520102601

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

i u posól) zapisu D podkreśla wykładniczą zależność D od temperatury i ♦) I <u ystny sposób wyrażenia energii aktywacji (wyrażającej strumień J , ni -l 11\ fundujących atomów, a nie na atom). Ciekawe jest, że w równaniu i i ii 10) wykładnicza zależność D od temperatury ma taki sam charakter, jak ,i. mnśt' / od temperatury, co właśnie chcieliśmy wykazać.

•    • * ■    • > i

Dane do określania współczynników dyfuzji

w póh /ynniki dyfuzji zwykle wyznacza się przez nakładanie cienkiej ,i iw \ radioaktywnych izotopów (atomów lub cząsteczek) substancji podle-,i i | dyfuzji, na lity materiał (np. radioaktywny cynk na miedź). Następnie i . i się temperaturę, do wystąpienia dyfuzji, w określonym czasie, po m pióbkę się chłodzi i tnie, a stężenie izotopu wyznacza się w funkcji i I...I ośi i wniknięcia przez pomiar emitowanego promieniowania. D₀ i Q i ii i .ic z profilu dyfuzji. Tablice danych materiałowych podają wartości i () dla różnych atomów dyfundujących w metalach i w ceramice (np. cynk uh > M.jd/.u. węgiel w stali, tlen w MgO itp.). Dyfuzja zachodzi również w po-i. ni, i a li i kompozytach, lecz dla tych materiałów jest ciągle mało danych.

i win dzono, że dla określonego rodzaju materiału (np. dla metali o sieci i a lub Heńków żaroodpornych), współczynnik objętościowej dyfuzji Z)₀ -, uiiuy dla zjawiska pełzania - jest prawie stały oraz, że energia aktywacji ,, i pioporcjonalna do temperatury topnienia T_M (K) i że Q/RTm jest również i ,i. (dlatego pełzanie odnosi się do temperatury topnienia). Oznacza to, że i, l< zagadnień dyfuzji można określić w przybliżeniu na podstawie danych lubi 18.1.

t? V> < • . f - •' ^4%

TABLICA 18.1

Współczynniki samodyfuzji

f IhUm u	.1	Do (m^2 s ']	qirtm
1 li lilie	o sieci RPC (W, Mo, Fe poniżej 911°C itd.)	1,6-10^-4	17,8
i Irinie	o sieci HCP (Zn, Mg, Ti itd.)	1 O i/S	17,3
r Irinie	o sieci RSC (Cu, Al, Ni, Fe powyżej 911°C itd.)	1 O !—*	18,4
1 11»1«»p. c'	nki zasadowe (NaCl, LiF itd.)	2,5-10“^3	22,5
1 lenki	(MgO, FeO, AI2O3 itd.)	3,8-1(T^4	23,4

Mechanizmy dyfuzji

W dotychczasowych rozważaniach nie odpowiedzieliśmy na pytanie w jaki posól) poruszają sie dyfundujące atomy? Może się to zdarzyć kilkoma spo-obami. Dla uproszczenia, będziemy rozważać tylko ciała krystaliczne, chociaż d\ In/ja występuje również w materiałach amorficznych.

Dyfuzja objętościowa: dyfuzja międzywęzłowa i wakansowa

Dyfuzja w litym krystalicznym materiale może zachodzić według dwóch mechanizmów. Pierwszy to dyfuzja międzywęzłówa. Pomiędzy atomami, w sieci krystalicznej, znajdują się wolne przestrzenie - luki. Małe atomy mogą dyfundować, przeciskając się pomiędzy atomami sieci, przemieszczając się z jednej luki do innej. Mały atom węgla dyfunduje w stali w ten właśnie sposób; w zasadzie C, O, N, B i H dyfundują przez luki sieci większości kryształów (rys. 18.6).    ------

©„o

D

O

Ryś. 18.6. Dyfuzja międzywęzłowa

Drugi mechanizm to dyfuzja wakansowa. Gdy, przykładowo, cynk dyfunduje w mosiądzu, jego atomy (porównywalne wielkością z atomami miedzi) nie mieszczą się w lukach sieci, muszą więc czekać, aż w ich sąsiedztwie pojawi się wakans i umożliwi przemieszczanie. Ten właśnie mechanizm działa w większości przypadków dyfuzji w kryształach (rys. 18.7 i 10.4).

Rys. 18.7. Mechanizm wakansowy dyfuzji

1 ^

M'

/

Drogi szybkiej dyfuzji: dyfuzja po granicach ziarn i wzdłuż linii dyslokacji

Dyfuzja w materiałach krystalicznych może ulec przyspieszaniu wzdłuż granic ziarn lub linii dyslokacji. Granica ziarn stanowi płaski kanał, o szerokości około 2 średnic atomowych, o lokalnej szybkości dyfuzji nawet 10⁶ razy większej niż w krysztale (rys. 18.8 i 10.4). Również linia dyslokacji może działać jak "kanał" o dużym współczynniku dyfuzji, mającym przekrój około (2b) , gdzie b jest wielkością atomu (rys. 18.9). Oczywiście wkład tych mechanizmów do całkowitego strumienia dyfuzji zależy od powierzchni granic ziarn lub liczby linii dyslokacji. Gdy ziarna są małe lub dyslokacje liczne, ich wkład jest bardzo ważny.